DE112021005640T5 - Additive manufactured object, method of manufacturing an additive manufactured object and additive manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Ein durch additive Fertigung hergestelltes Objekt ist ein Stapel, welcher eine erste Metallschicht (230), die aus einem ersten metallischen Material gebildet ist, und eine zweite Metallschicht (240), welche zweite Punktkörner (241) umfasst, die aus einem zweiten metallischen Material gebildet sind, umfasst. Das durch additive Fertigung hergestellte Objekt umfasst eine Zwischenschicht (250) zwischen der ersten Metallschicht (230) und der zweiten Metallschicht (240). Die Zwischenschicht (250) umfasst ein erstes Strukturteil (251), das eine Struktur ist, die aus dem ersten metallischen Material gebildet ist, und ein zweites Strukturteil (252), das eine Struktur ist, die aus dem zweiten metallischen Material gebildet ist. Das erste Strukturteil (251) und das zweite Strukturteil (252) greifen in einer Einheitsstruktur (253) ineinander, und eine Anordnung der Einheitsstrukturen (253), die in der Zwischenschicht (250) angeordnet sind, weist eine Translationssymmetrie in einer Ebene auf, die zu einer Stapelrichtung der ersten Metallschicht (230) und der zweiten Metallschicht (240) senkrecht ist. Die Zwischenschicht (250) umfasst an einer Verbindungsfläche zwischen dem ersten Strukturteil (251) und dem zweiten Strukturteil (252) eine intermetallische Verbindungsschicht, welche eine intermetallische Verbindung umfasst. An object made by additive manufacturing is a stack comprising a first metal layer (230) formed from a first metallic material and a second metal layer (240) comprising second point grains (241) formed from a second metallic material are included. The object produced by additive manufacturing comprises an intermediate layer (250) between the first metal layer (230) and the second metal layer (240). The intermediate layer (250) comprises a first structural part (251) which is a structure formed from the first metallic material and a second structural part (252) which is a structure formed from the second metallic material. The first structural member (251) and the second structural member (252) interlock in a unitary structure (253), and an arrangement of the unitary structures (253) disposed in the intermediate layer (250) has translational symmetry in a plane that is perpendicular to a stacking direction of the first metal layer (230) and the second metal layer (240). The intermediate layer (250) comprises an intermetallic compound layer, which comprises an intermetallic compound, at a connecting surface between the first structural part (251) and the second structural part (252).
Description
BereichArea
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein durch additive Fertigung hergestelltes Objekt, welches mit unterschiedlichen Arten von metallischen Materialien durch additive Fertigung hergestellt wurde. Die vorliegende Offenbarung betrifft auch ein Verfahren des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts und eine Vorrichtung zur additiven Fertigung.The present disclosure relates to an additive manufactured object that is additively manufactured with different types of metallic materials. The present disclosure also relates to a method of manufacturing the additive manufactured object and an additive manufacturing apparatus.
Hintergrundbackground
Ein Verfahren der additiven Fertigung, welches eine Technik zum Fertigen eines dreidimensionalen Objekts verwendet, welche additive Fertigung (AF) genannt wird, ist bekannt dafür, unterschiedliche Arten von Metall zu einem durch additive Fertigung hergestellten Objekt, d. h. zu einem dreidimensionalen Objekt, zu stapeln. In dem Verfahren der additiven Fertigung wird im Allgemeinen mit einem Laser oder einem Energiestrahl, beispielsweise einem Elektronenstrahl, ein Schmelzbad auf einer ersten Metallschicht eines ersten Metalls gebildet. Ein zweites Metall, welches von dem ersten Metall verschieden ist, wird dem Schmelzbad in Form eines Fadens zugeführt, schmilzt und verfestigt sich dann, um eine zweite Metallschicht zu bilden. Hierdurch wird ein durch additive Fertigung hergestelltes Objekt erhalten. In Abhängigkeit der Kombination des ersten Metalls und des zweiten Metalls kann sich jedoch eine brüchige intermetallische Verbindung an einer Verbindungsfläche zwischen der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht bilden, was zu einer reduzierten Bindungsstärke an der Verbindungsfläche führt.An additive manufacturing method that uses a technique for manufacturing a three-dimensional object called additive manufacturing (AM) is known to combine different types of metal into an additively manufactured object, i. H. into a three-dimensional object. In the process of additive manufacturing, a molten pool is formed on a first metal layer of a first metal, generally with a laser or an energy beam, such as an electron beam. A second metal, different from the first metal, is introduced into the molten pool in the form of a filament, then melts and solidifies to form a second layer of metal. An object produced by additive manufacturing is hereby obtained. However, depending on the combination of the first metal and the second metal, a brittle intermetallic compound may form at a junction interface between the first metal layer and the second metal layer, resulting in a reduced bond strength at the junction interface.
Bei einem Verfahren der additiven Fertigung, welches in Patentliteratur 1 offenbart ist, werden, mit Phasendiagrammen als Referenz, ein erstes Metall und ein zweites Metall als eine Kombination vorausgewählt, welche keine intermetallische Verbindung bilden, sondern einen Mischkristall bilden, und ein durch additive Fertigung hergestelltes Objekt wird gebildet. Ferner werden bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren der additiven Fertigung Kopplungsteile an drei oder mehr Positionen gebildet, welche an einer Grenzfläche zwischen einer ersten Metallschicht, die aus dem ersten Metall gebildet ist, und einer zweiten Metallschicht, die aus dem zweiten Metall gebildet ist, nicht auf derselben geraden Linie sind, um die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht mechanisch zu koppeln. Jedes der Kopplungsteile umfasst einen ersten Bestandteil, der einen T-förmigen Abschnitt mit einer Stapelrichtung hat und aus dem ersten Metall gebildet ist, und einen zweiten Bestandteil, welcher den ersten Bestandteil umgibt und aus dem zweiten Metall gebildet ist.In an additive manufacturing method disclosed in
Zitierungslistecitation list
Patentliteraturpatent literature
Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer
Kurzbeschreibungshort description
Technische ProblemeTechnical problems
In der Technik von Patentliteratur 1, bei welcher die Kombination vorausgewählt wird, welche den Mischkristall an der Grenzfläche zwischen dem ersten Metall und dem zweiten Metall bildet, kann die Auswahl jedoch nur für binäre Kombinationen vorgenommen werden. Außerdem ist die Kombination, welche den Mischkristall bildet, tatsächlich auf reine Metalle begrenzt. Reine Metalle sind selten als eine Kombination von in der Praxis verwendeten Metallen, die vielfach verwendet wird, vorgesehen, und eine binäre Legierung oder eine höhere Legierung ist in der praktischen Verwendung üblich. Eine geringe Vielseitigkeit ist daher ein Problem der in Patentliteratur 1 beschriebenen Technik. Außerdem: Weil in der in Patentliteratur 1 beschriebenen Technik die Kopplungsteile an den mindestens drei Positionen an der Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Metallschicht nicht auf derselben geraden Linie bereitgestellt sind, d. h. an der ersten Metallschicht konzentriert sich die Spannung auf die Kopplungsteile, wenn eine Kraft in eine Richtung wirkt, welche die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht separiert. Ein weiteres Problem ist daher, dass eine gleichmäßige Bindungsstärke über die Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Metallschicht nicht gewährleistet wird.However, in the technique of
Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht des Obigen gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein durch additive Fertigung hergestelltes Objekt zu erhalten, welches eine gleichmäßige Bindungsstärke an einer Grenzfläche zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht zu gewährleisten, ohne dabei in Bezug auf eine Kombination aus einem ersten Metall für die erste Metallschicht und einem zweiten Metall für die zweite Metallschicht begrenzt zu sein, wie dies herkömmlicherweise der Fall ist.The present disclosure was made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain an additive manufactured object that ensures uniform bonding strength at an interface between a first metal layer and a second metal layer without sacrificing relation to be limited to a combination of a first metal for the first metal layer and a second metal for the second metal layer, as is conventional.
Lösung der Problemesolving the problems
Um die oben genannten Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, ist ein durch additive Fertigung hergestelltes Objekt gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Stapel, der eine erste Metallschicht, die aus einem ersten metallischen Material gebildet ist, und eine zweite Metallschicht, die aus einem zweiten metallischen Material gebildete zweite Punktkörner umfasst, umfasst. Das durch additive Fertigung hergestellte Objekt umfasst eine Zwischenschicht zwischen der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht. Die Zwischenschicht umfasst ein erstes Strukturteil, das eine aus dem ersten metallischen Material gebildete Struktur ist, und ein zweites Strukturteil, das eine aus dem zweiten metallischen Material gebildete Struktur ist. Das erste Strukturteil und das zweite Strukturteil greifen in jeder von mehreren Einheitsstrukturen ineinander, und eine Anordnung der in der Zwischenschicht angeordneten Einheitsstrukturen weist eine Translationssymmetrie in einer Ebene auf, die zu einer Stapelrichtung der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht senkrecht ist. Die Zwischenschicht umfasst an einer Verbindungsfläche zwischen dem ersten Strukturteil und dem zweiten Strukturteil eine intermetallische Verbindungsschicht, die eine intermetallische Verbindung umfasst.In order to solve the above problems and achieve the object, according to the present disclosure, an additive manufactured object is a stack including a first metal layer formed of a first metal material and a second metal layer comprising second point grains formed of a second metallic material. The additive manufactured object includes an intermediate layer between the first metal layer and the second metal layer. The intermediate layer includes a first structural part, which is a structure formed from the first metallic material, and a second structural part, which is a structure formed from the second metallic material. The first structural part and the second structural part interlock in each of a plurality of unit structures, and an arrangement of the unit structures arranged in the intermediate layer has translational symmetry in a plane perpendicular to a stacking direction of the first metal layer and the second metal layer. The intermediate layer comprises an intermetallic compound layer comprising an intermetallic compound at a connection surface between the first structural part and the second structural part.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Das durch additive Fertigung hergestellte Objekt gemäß der vorliegenden Offenbarung hat gegenüber einem herkömmlichen die Wirkungen, dass es bezüglich einer Kombination aus einem ersten Metall für die erste Metallschicht und einem zweiten Metall für die zweite Metallschicht nicht begrenzt ist und dass eine gleichmäßige Bindungsstärke an einer Grenzfläche zwischen der ersten Mittelschicht und der zweiten Mittelschicht gewährleistet wird.The additive manufacturing object according to the present disclosure has the effects over a conventional one that it is not limited in a combination of a first metal for the first metal layer and a second metal for the second metal layer and that a uniform bond strength at an interface between the first middle class and the second middle class is guaranteed.
Figurenlistecharacter list
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1 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch zeigt.1 12 is a diagram schematically showing an example configuration of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment. -
2 ist ein Blockdiagramm, welches ein erstes Beispiel einer Hardwarekonfiguration für eine Steuereinheit der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.2 12 is a block diagram showing a first example of a hardware configuration for a control unit of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. -
3 ist ein Blockdiagramm, welches ein zweites Beispiel der Hardwarekonfiguration für die Steuereinheit der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.3 12 is a block diagram showing a second example of the hardware configuration for the control unit of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. -
4 ist eine vergrößerte Ansicht, welche ein Beispiel eines Objekts schematisch zeigt, welches durch Linienkörner gebildet ist.4 14 is an enlarged view schematically showing an example of an object formed by line grains. -
5 ist eine vergrößerte Ansicht, welche ein Beispiel eines Objekts schematisch zeigt, welches durch Punktkörner gebildet ist.5 12 is an enlarged view schematically showing an example of an object formed by point grains. -
6 ist eine Querschnittsansicht, welche eine beispielhafte Konfiguration eines durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.6 14 is a cross-sectional view showing an example configuration of an additive manufactured object according to the first embodiment. -
7 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die beispielhafte Konfiguration des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.7 14 is a partial perspective view showing the exemplary configuration of the additive manufactured object according to the first embodiment. -
8 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche die beispielhafte Konfiguration des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.8th 14 is a partial cross-sectional view showing the exemplary configuration of the additive manufactured object according to the first embodiment. -
9 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Zwischenschicht des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.9 14 is a diagram showing an example configuration of an intermediate layer of the additive manufactured object according to the first embodiment. -
10 ist ein Diagramm, welches eine weitere beispielhafte Konfiguration für die Zwischenschicht des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.10 14 is a diagram showing another example configuration for the intermediate layer of the additive manufactured object according to the first embodiment. -
11 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Verbindungsfläche zwischen einem ersten Punktkorn und einem zweiten Punktkorn in dem durch additive Fertigung hergestellten Objekt gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.11 14 is a diagram schematically showing an example of a joint surface between a first point grain and a second point grain in the additive manufactured object according to the first embodiment. -
12 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Zustands von Komponenten an der Verbindungsfläche zwischen dem ersten Punktkorn und dem zweiten Punktkorn in dem durch additive Fertigung hergestellten Objekt gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.12 14 is a diagram showing an example of a state of components at the joint surface between the first point grain and the second point grain in the additive manufactured object according to the first embodiment. -
13 ist ein Phasendiagramm von Al-Fe.13 is a phase diagram of Al-Fe. -
14 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Verfahrensbeispiel eines Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.14 14 is a cross-sectional view schematically showing a process example of a method of manufacturing the additive manufactured object according to the first embodiment. -
15 ist eine Querschnittsansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.15 14 is a cross-sectional view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the first embodiment. -
16 ist eine Querschnittsansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.16 14 is a cross-sectional view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the first embodiment. -
17 ist eine Querschnittsansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.17 14 is a cross-sectional view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the first embodiment. -
18 ist eine Querschnittsansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.18 Fig. 12 is a cross-sectional view showing the process example of the method of Finish ens of the object produced by additive manufacturing according to the first embodiment schematically shows. -
19 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Verbindungsfläche zwischen einem ersten Punktkorn und einem zweiten Punktkorn in einem durch additive Fertigung hergestellten Objekt des Stands der Technik schematisch zeigt.19 Fig. 12 is a diagram schematically showing an example of a joint surface between a first point grain and a second point grain in a prior art additive manufactured object. -
20 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Zustands von Komponenten an der Verbindungsfläche zwischen dem ersten Punktkorn und dem zweiten Punktkorn gemäß dem Stand der Technik zeigt.20 Fig. 12 is a diagram showing an example of a state of components at the connection surface between the first point grain and the second point grain according to the prior art. -
21 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche eine beispielhafte Konfiguration eines durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.21 14 is a partial cross-sectional view showing an example configuration of an additive manufactured object according to a second embodiment. -
22 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel dafür zeigt, wie Punktkörner in einem durch additive Fertigung hergestellten Objekt gemäß einer dritten Ausführungsform angeordnet sind.22 14 is a diagram showing an example of how dot grains are arranged in an additive manufactured object according to a third embodiment. -
23 ist eine Querschnittsansicht, welche eine beispielhafte Konfiguration eines durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.23 14 is a cross-sectional view showing an example configuration of an additive manufactured object according to a fourth embodiment. -
24 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Verfahrensbeispiel eines Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.24 14 is a perspective view schematically showing a process example of a method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment. -
25 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.25 14 is a perspective view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment. -
26 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.26 14 is a perspective view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment. -
27 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.27 14 is a perspective view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment. -
28 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.28 14 is a perspective view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment. -
29 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.29 14 is a perspective view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment. -
30 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahrensbeispiel des Verfahrens des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts gemäß der vierten Ausführungsform schematisch zeigt.30 14 is a perspective view schematically showing the process example of the method of manufacturing the additive manufactured object according to the fourth embodiment.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments
Mit Bezug zu den Zeichnungen wird nachfolgend eine detaillierte Beschreibung von durch additive Fertigung hergestellten Objekten, von Verfahren des Fertigens der durch additive Fertigung hergestellten Objekte und eine Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt.Referring to the drawings, a detailed description of additive manufactured objects, methods of manufacturing the additive manufactured objects, and an additive manufacturing apparatus according to embodiments of the present disclosure is provided below.
Erste Ausführungsform.First embodiment.
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 umfasst den Objekttisch 11, auf welchem das Werkstück 100 platziert ist, und einen Objekttischaktuator, der nicht gezeigt ist. Das Werkstück 100 umfasst das Basiselement 12 und das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220, welches auf dem Basiselement 12 gebildet wird. Das Basiselement 12 ist auf dem Objekttisch 11 platziert. Körner werden einer Fläche des Werkstücks 100 hinzugefügt, welche als die Zielhinzufügungsoberfläche 110 bezeichnet wird. Das in
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 umfasst einen Bearbeitungskopf 21, welcher einen Bearbeitungsort 111 mit einem Laserstrahl L bestrahlt und einen Faden W, der ein Prozessmaterial ist, schmilzt, und einen Kopfaktuator 22, welcher den Bearbeitungskopf 21 bewegt. Der Bearbeitungskopf 21 umfasst eine Strahlausgabe 23, welche den Bearbeitungsort 111 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, zwei oder mehr Fadenausgaben 31, welche jeweils den Faden W zu dem Bearbeitungsort 111 vorschieben, und eine Gasausgabe 41, welche ein Schutzgas G zu dem Bearbeitungsort 111 ausgibt. Der Bearbeitungsort 111 ist eine Bestrahlungsposition für den Laserstrahl L auf der Zielhinzufügungsfläche 110 und ist ein Bereich, an welchem das Prozessmaterial hinzugefügt wird. Der Bearbeitungsort 111 wird entlang eines Bearbeitungswegs verschoben, während der additive Prozess durchgeführt wird.The
Die Strahlausgabe 23 emittiert den Laserstrahl L, eine Wärmequelle, welche das Prozessmaterial schmilzt, in Richtung des Bearbeitungsortes 111 auf dem Werkstück 100. Die Energiequelle, welche das Prozessmaterial schmilzt, kann ein Elektronenstrahl, eine Bogenentladung oder eine andere Energiequelle anstelle des Laserstrahls L sein. Jede Fadenausgabe 31 bewegt den Faden W in Richtung der Bestrahlungsposition für den Laserstrahl L, welche an dem Werkstück 100 ist, vor. Mit anderen Worten schiebt jede Fadenausgabe 31 den Faden W zu dem Bearbeitungsort 111 auf der Zielhinzufügungsfläche 110 des Werkstücks 100 vor.The beam output 23 emits the laser beam L, a heat source that melts the process material, toward the
Statt den Faden W von der Fadenausgabe 31 zu dem Bearbeitungsort 111 vorzuschieben, kann die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 ein Bildungsverfahren verwenden, bei welchem als Prozessmaterial Metallpulver aus der Ausgabe ausgegeben wird. In Fällen, in denen das Metallpulver als das Prozessmaterial verwendet wird, ist ein Verfahren des Verwendens eines negativen Drucks für das Schutzgas G, ein Verfahren, in welchem zum Bilden ein Unter-Druck-Setzen des Metallpulvers und Ausgeben des Metallpulvers aus einem Pulverzuführungsrohr, welches das Metallpulver transportiert, verwendet wird, oder ein anderes Verfahren einsetzbar. In solchen Fällen ist die Ausgabe, welche das Metallpulver ausgibt, so angeordnet, dass das Metallpulver in einer säulenförmigen Form mit einer Zentralachse ausgegeben wird, die einer Zentralachse des Fadens W entspricht, welcher zu dem Bearbeitungsort 111 geführt wird. Der Faden W und das Metallpulver, welche in der säulenförmigen Form auszugeben sind, werden beide als ein Prozessmaterial bezeichnet, welches dem Bearbeitungsort 111 aus der Ausgabe in säulenförmiger Form zugeführt wird.Instead of feeding the thread W from the
Die Gasausgabe 41 gibt das Schutzgas G, welches eine Oxidation des durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 reduziert oder verhindert und die Körner kühlt, in Richtung des Bearbeitungsortes 111 auf der Zielhinzufügungsfläche 110 aus. Die Strahlausgabe 23, die Fadenausgaben 31 und die Gasausgabe 41 sind an dem Bearbeitungskopf 21 fixiert und haben daher eine eindeutig bestimmte Positionsbeziehung. Mit anderen Worten sind die Relativpositionen der Strahlausgabe 23, der Fadenausgaben 31 und der Gasausgabe 41 an dem Bearbeitungskopf 21 fix.The gas discharge 41 discharges the protective gas G, which reduces or prevents oxidation of the additive manufactured
Der Kopfaktuator 22 bewegt den Bearbeitungskopf 21 in Richtungen, nämlich X-Achse-Richtungen, Y-Achse-Richtungen und Z-Achse-Richtungen. Der Kopfaktuator 22 umfasst einen Servomotor, welcher in einer Bewegungseinrichtung den Bearbeitungskopf 21 in den X-Achse-Richtungen bewegt, einen Servomotor, welcher in der Bewegungseinrichtung den Bearbeitungskopf 21 in den Y-Achse-Richtungen bewegt, und einen Servomotor, welcher in der Bewegungseinrichtung den Bearbeitungskopf 21 in den Z-Achse-Richtungen bewegt. Der Kopfaktuator 22 ist die Bewegungseinrichtung, welche Translationen in den Richtungen entlang der drei Achsen ermöglicht. Die Servomotoren sind in
Der in
An dem Bearbeitungskopf 21 ist die Gasausgabe 41 koaxial zu der Strahlausgabe 23 um einen Außenrand der Strahlausgabe 23 in der XY-Ebene bereitgestellt und gibt das Schutzgas G entlang einer Zentralachse des Laserstrahls L aus, welcher aus der Strahlausgabe 23 emittiert wird. Mit anderen Worten sind die Strahlausgabe 23 und die Gasausgabe 41 zueinander koaxial angeordnet.At the
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Fadenausgabe 31 koaxial zu der Strahlausgabe 23 sein. In einer vorstellbaren Konfiguration dieses Falls ist die Fadenausgabe 31 in einer Mitte angeordnet und ein Gasausgabeauslass der Gasausgabe 41 und ein Laserausgabeauslass des Strahlauslasses 23 sind in Ringformen angeordnet, die um den Faden W zentriert sind, oder als mehrere Punkte, welche eine Mitte des Fadens W umgeben. In diesem Fall wird der Laserstrahl L in der Form eines Rings oder mehrerer Punkte aus der Strahlausgabe 23 emittiert und auf den Faden W in der Nähe des Bearbeitungsortes 111 fokussiert.Although not shown, the
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 umfasst ferner einen Laseroszillator 24, welcher den oszillierenden Laserstrahl L emittiert, welcher zur Bestrahlung aus der Strahlausgabe 23 des Bearbeitungskopfes 21 zu emittieren ist, und eine Gaszuführungseinheit 42, welche der Gasausgabe 41 des Bearbeitungskopfs 21 das Schutzgas G zuführt. Ein Faserkabel 25 ist zwischen dem Laseroszillator 24 und dem Bearbeitungskopf 21 verbunden. Der durch den Laseroszillator 24 erzeugte Laserstrahl L propagiert über das Faserkabel 25 zu der Strahlausgabe 23. Ein Rohr 43 ist zwischen der Gaszuführungseinheit 42 und dem Bearbeitungskopf 21 verbunden. Das Schutzgas G wird der Gasausgabe 41 von der Gaszuführungseinheit 42 durch das Rohr 43 zugeführt.The device for
Der Laseroszillator 24, das Faserkabel 25 und die Strahlausgabe 23 bilden eine Bestrahlungseinheit, welche die Zielhinzufügungsfläche 110 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, welcher den Faden W schmilzt und mit der Zentralachse des Fadens W nicht koaxial ist. Die Gaszuführungseinheit 42, das Rohr 43 und die Gasausgabe 41 bilden eine Gaszuführungseinrichtung, welche das Schutzgas G in Richtung des Bearbeitungsorts 111 ausgibt.The
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 umfasst ferner eine Fadenrolle 33 und einen Rotationsmotor 34. Die Fadenrolle 33 ist eine Prozessmaterial-Zuführungsquelle und ist mit dem Faden W bewickelt. Der Rotationsmotor 34 rotiert die Fadenrolle 33. Der Rotationsmotor 34 ist beispielsweise ein Servomotor. Wenn der Rotationsmotor 34 betrieben wird, wird die Fadenrolle 33 rotiert und der Faden W wird von der Fadenrolle 33 abgewickelt. Der von der Fadenrolle 33 abgewickelte Faden W verläuft durch die Fadenausgabe 31, um dem Bearbeitungsort 111 zugeführt zu werden. Der Rotationsmotor 34, die Fadenrolle 33 und die Fadenausgabe 31 bilden eine Fadenzuführungseinheit 32.The
Weil die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 in der ersten Ausführungsform mehrere Arten von Metall stapelt, hat die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 mehrere der Fadenzuführungseinheiten 32. In
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 umfasst eine Rotationseinrichtung 13, welche den Objekttisch 11 rotiert. Die Rotationseinrichtung 13 ist eine Bewegungseinrichtung, welche eine Rotation des Objekttisches 11 um die X-Achse und eine Rotation des Objekttisches 11 um die Z-Achse ermöglicht. Die Rotation kann anstelle der X-Achse um die Y-Achse sein. Die Rotationseinrichtung 13 umfasst einen Servomotor, welcher in der Bewegungseinrichtung bewirkt, dass der Objekttisch 11 um die X-Achse oder die Y-Achse rotiert, und einen Servomotor, welcher in der Bewegungseinrichtung bewirkt, dass der Objekttisch 11 um die Z-Achse rotiert. Die Rotationseinrichtung 13 ist die Bewegungseinrichtung, welche die Rotationen um die zwei Achsen ermöglicht. Die Servomotoren sind in
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 umfasst eine Steuereinheit 51, welche die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 gemäß einem Verarbeitungsprogramm steuert. Das Verarbeitungsprogramm legt einen Bewegungsweg fest, entlang welchem der Bearbeitungskopf 21 relativ zu dem Werkstück 100, welches auf dem Objekttisch 11 platziert ist, zu bewegen ist.The
Die Steuereinheit 51 steuert den Laseroszillator 24, die Fadenzuführungseinheiten 32 und die Gaszuführungseinheit 42 und ist verantwortlich für das Steuern des Bildens der mehreren punktförmigen Körner, welche durch Schmelzen der Fäden W in das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 gebildet werden. Die Steuereinheit 51 ist beispielsweise eine numerische Steuerungsvorrichtung. Beim Durchführen einer Antriebssteuerung an dem Kopfaktuator 22 gibt die Steuereinheit 51 zum Bewegen des Bearbeitungskopfes 21 Bewegungsbefehle an den Kopfaktuator 22 aus. Beim Steuern einer Laseroszillation des Laseroszillators 24 gibt das Steuergerät 51 einen Befehl gemäß einer Strahlleistungsbedingung an den Laseroszillator 24 aus.The
Beim Durchführen einer Antriebssteuerung an dem Rotationsmotor 34 gibt die Steuereinheit 51 an den Rotationsmotor 34 einen Befehl gemäß einer Vorschubwertbedingung für den Faden W aus. Durch Durchführen der Antriebssteuerung an dem Rotationsmotor 34 passt die Steuereinheit 51 eine Geschwindigkeit des Fadens W von der Fadenrolle 33 zu der Bestrahlungsposition an. Mit anderen Worten steuert die Steuereinheit 51 Vorschubwerte für die Fäden W der mehreren Fadenzuführungseinheiten 32.When performing drive control on the
Beim Steuern eines Wertes für Schutzgas G, welches von der Gaszuführungseinheit 42 zu der Gasausgabe 41 zuzuführen ist, gibt die Steuereinheit 51 an die Gaszuführungseinheit 42 einen Befehl gemäß einer Zuführungswertbedingung für das Schutzgas G aus. Beim Durchführen einer Antriebssteuerung der Rotationseinrichtung 13 gibt die Steuereinheit 51 an die Rotationseinrichtung 13 Rotationsbefehle aus. Mit anderen Worten steuert die Steuereinheit 51 die gesamte Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 durch Ausgeben der diversen Befehle.In controlling a value of shielding gas G to be supplied from the
Die Steuereinheit 51 ist fähig, den Bearbeitungsort 111 zu ändern, indem der Kopfaktuator 22 und die Rotationseinrichtung 13 miteinander zusammenarbeiten, um den Bearbeitungskopf 21 und den Objekttisch 11 so zu bewegen, dass das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 mit einer gewünschten Form erhalten werden kann.The
Die Steuereinheit 51 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 501, welche diverse Prozesse ausführt, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 502, welcher einen Datenspeicherbereich umfasst, einen nur lesbaren Speicher (ROM) 503, welcher ein nichtflüchtiger Speicher ist, ein externes Speichergerät 504 und eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 505, welche Information an die Steuereinheit 51 eingibt und Information aus der Steuereinheit 51 ausgibt. In
Die CPU 501 führt Programme aus, welche in dem ROM 503 und dem externen Speichergerät 504 gespeichert sind. Die Gesamtsteuerung der Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 durch die Steuereinheit 51 ist unter Verwendung der CPU 501 implementiert.The
Das externe Speichergerät 504 ist eine Festplatte (HDD) oder ein Festkörperspeicher (SSD). Das externe Speichergerät 504 speichert das Steuerprogramm und diverse Daten. Der ROM 503 speichert Software oder ein Programm, welches eine Hardwaresteuerung durchführt, nämlich ein Programm, welches eine Basissteuerung eines Computers oder einer Steuerung durchführt, welcher bzw. welche als die Steuereinheit 51 dient, wie beispielsweise einen BIOS-Bootloader (Basic Input/Output System) oder einen UEFI-Bootloader (Unified Extensible Firmware Interface). Das Steuerprogramm kann in dem ROM 503 gespeichert sein.The
Die Programme, die in dem ROM 503 und dem externen Speichergerät 504 gespeichert sind, werden in den RAM 502 geladen. Die CPU 501 lädt das Steuerprogramm in den RAM 502 und führt diverse Prozesse aus. Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 505 ist eine Schnittstelle, welche eine Verbindung zu einem zu der Steuereinheit 51 externen Gerät bereitstellt. Das Verarbeitungsprogramm wird in die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 505 eingegeben. Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 505 gibt die diversen Befehle aus. Die Steuereinheit 51 kann Eingabegeräte, wie beispielsweise eine Tastatur und ein Zeigegerät, und ein Ausgabegerät, wie beispielsweise eine Anzeige, umfassen.The programs stored in the
Das Steuerprogramm kann in einem Speichermedium gespeichert sein, welches durch den Computer lesbar ist. Die Steuereinheit 51 kann das Steuerprogramm, welches in dem Speichermedium gespeichert ist, in das externe Speichergerät 504 speichern. Das Speichermedium kann ein tragbares Speichermedium sein, welches eine Diskette oder ein Flashspeicher, der ein Halbleiterspeicher sind, sein. Das Steuerprogramm kann auf dem Computer oder der Steuerung, welcher bzw. welche als die Steuereinheit 51 dient, von einem anderen Computer oder einem Servergerät über ein Kommunikationsnetzwerk installiert werden.The control program can be stored in a storage medium readable by the computer. The
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 bildet auf der Zielhinzufügungsfläche 110 des Basiselements 12 das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220, welches die metallischen Materialien verwendet, durch Stapeln der Körner in mehreren Schichten. Die Körner sind aus den geschmolzenen Fäden W, welche der Zielhinzufügungsfläche 110 des Basiselements 12 hinzugefügt sind, während der Bearbeitungsort 111 entlang des Bearbeitungswegs verschoben wird. Die Körner sind Objekte, welche durch Verfestigung der geschmolzenen Fäden W gebildet sind, und bilden das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220.The
Nun wird das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 beschrieben, welches mit der Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 der
In Fällen, in denen der zu verwendende Faden W eine Dicke von etwa einigen Millimetern hat, ist ein Durchmesser des Punktkorns 211, welcher auch von einem Strahldurchmesser des Laserstrahls L abhängt, etwa einige Millimeter, wenn der Strahldurchmesser etwa einige Millimeter ist.In cases where the thread W to be used has a thickness of about several millimeters, a diameter of the
Wie in
Das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die erste Metallschicht 230, die zweite Metallschicht 240 und eine Zwischenschicht 250, welche zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 250 umfasst ein erstes Strukturteil 251, das eine Struktur ist, die aus dem ersten metallischen Material gebildet ist, und ein zweites Strukturteil 252, das eine Struktur ist, die aus dem zweiten metallischen Material gebildet ist. Das erste Strukturteil 251 und das zweite Strukturteil 252 greifen in einer Einheitsstruktur 253 ineinander. In einer Ebene, die zu der Stapelrichtung der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 senkrecht ist, weist eine Anordnung mehrerer der Einheitsstrukturen 253, die in der Zwischenschicht 250 angeordnet sind, eine Translationssymmetrie auf, wobei die Anordnung eine periodische Anordnung ist. In dem in
In dem in
Die hakenförmige Konfiguration des zweiten Strukturteils 252 umfasst zwei zweite Punktkörner 241, welche in der Z-Achse-Richtung gestapelt sind, und ein zweites Punktkorn 241, welches so angeordnet ist, dass es neben der ersten Metallschicht 230 mit einem der zweiten Punktkörner 241, die in der Z-Achse-Richtung gestapelt sind, verbunden ist und entlang der X-Achse vorsteht.The hooked configuration of the second
Die hakenförmige Konfiguration des ersten Strukturteils 251 und die hakenförmige Konfiguration des zweiten Strukturteils 252 sind in verriegelndem Eingriff, wodurch die Einheitsstruktur 253 gebildet wird. In diesem Beispiel hat die Einheitsstruktur 253 eine Y-Achse-Dicke, die zu einem Punktkorn äquivalent ist. Die Einheitsstrukturen 253 sind entlang der X-Achse und der Y-Achse angeordnet, wodurch die Zwischenschicht 250 gebildet wird.The hooked configuration of the first
Die in
Weil die Anordnung der Einheitsstrukturen 253 die Translationssymmetrie an einer Verbindungsfläche zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 aufweist, d. h., die Eingriffsteile gleichmäßig an der Verbindungsfläche vorhanden sind, hat die Verbindungsfläche zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 eine gleichmäßige Bindungsstärke gegenüber Ziehrichtungen oder den Z-Achse-Richtungen. Die Eingriffskonfiguration des ersten Strukturteils 251 und des zweiten Strukturteils 252, welcher in
Vorliegend kann eine Kombination aus dem ersten Strukturteil 251 und dem zweiten Strukturteil 252 in der Lage an jeder Position entlang der Y-Achse als die Einheitsstruktur 253 aufgefasst werden, oder eine Kombination aus einer Gruppe von ersten Strukturteilen 251, welche entlang der Y-Achse gebildet sind, und eine Gruppe von zweiten Strukturteilen 252, die entlang der Y-Achse gebildet sind, können als die Einheitsstruktur 253 aufgefasst werden. In letzterem Fall sind die Einheitsstrukturen 253 entlang der X-Achse angeordnet, wobei deren Anordnung eine Translationssymmetrie aufweist.Here, a combination of the first
Nachfolgend werden Details eines Verbindungsflächenteils zwischen dem ersten Punktkorn 231, welches aus dem ersten metallischen Material gebildet ist, und dem zweiten Punktkorn 241, welches aus dem zweiten metallischen Material gebildet ist, in der Zwischenschicht 250 beschrieben.
Intermetallische Verbindungen sind im Allgemeinen bekannt dafür, einzigartige Eigenschaften aufzuweisen, die von denen ursprünglicher Metalle verschieden sind. Die intermetallische Verbindungsschicht 255 ist eine dritte Schicht mit Eigenschaften, die von denen des ersten und zweiten metallischen Materials verschieden sind. Die intermetallische Verbindungsschicht 255, die an der Verbindungsfläche I zwischen dem ersten Punktkorn 231 und dem zweiten Punktkorn 241 gebildet ist, hat die Rolle einer Barrierenschicht. Die intermetallische Verbindungsschicht 255 hat nicht die Rolle des Bindens des ersten Punktkorns 231 und des zweiten Punktkorns 241 aneinander. In Fällen, in denen das erste und zweite metallische Material unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, ist die intermetallische Verbindungsschicht 255 fähig, thermische Spannung zu verringern, die sich aus einem Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten ergibt. Mit anderen Worten hat die intermetallische Verbindungschicht 255 die Rolle eines Dämpfungselements.Intermetallic compounds are generally known to exhibit unique properties different from those of native metals. The
Weil die intermetallische Verbindungsschicht 255 das erste Punktkorn 231 und das zweite Punktkorn 241 nicht aneinander bindet, stellt die bloße Bildung des zweiten Punktkorns 241 auf dem ersten Punktkorn 231 keine ausreichende Bindung zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 bereit. Wie in
Wenn die erste Metallschicht 230 und die zweite Metallschicht 240 miteinander in Kontakt sind, verursacht eine Potenzialdifferenz über die Verbindungsfläche I das Fließen eines elektrischen Stroms, und Korrosion tritt wahrscheinlich auf. Andererseits ist in der ersten Ausführungsform die intermetallische Verbindungschicht 255 zwischen dem ersten Punktkorn 231 und dem zweiten Punktkorn 241 vorhanden. Weil viele intermetallische Verbindungen elektrischen Strom nicht leiten, unterbricht die intermetallische Verbindung den Strom selbst dann, wenn die Potenzialdifferenz zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 auftritt. Daher tritt Korrosion mit geringerer Wahrscheinlichkeit an der Verbindungsfläche I zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 auf.When the
Die intermetallische Verbindung ist ein Ergebnis des Kombinierens des ersten Metalls und des zweiten Metalls in einem vorbestimmten Verhältnis. Wie in
Es wird ein Beispielfall beschrieben, in welchem das erste metallische Material Fe ist und das zweite metallische Material Al ist.
Beim Bilden des zweiten Punktkorns 241, welches aus Al gebildet ist, auf dem ersten Punktkorn 231, welches aus Fe gebildet ist, mischt sich Fe aus einem Abschnitt, der das erste Punktkorn 231 definiert, mit dem geschmolzenen Al. Hierdurch wird um die Verbindungsfläche I zwischen dem ersten Punktkorn 231 und dem zweiten Punktkorn 241 die intermetallische Verbindung erhalten, wie sie in dem Bereich R4 des Phasendiagramms gezeigt ist.When forming the
Während Al-Fe als das Beispiel in der vorliegenden Beschreibung angegeben wurde, bildet eine andere Kombination aus einem ersten metallischen Material und einem zweiten metallischen Material, welches eine intermetallische Verbindung bildet, auf ähnliche Weise die intermetallische Verbindung an der Verbindungsfläche I zwischen den ersten Punktkörnern 231 und den zweiten Punktkörnern 241.While Al-Fe has been given as the example in the present specification, another combination of a first metallic material and a second metallic material forming an intermetallic compound similarly forms the intermetallic compound at the joint face I between the
Als Nächstes wird ein Verfahren des Fertigens des durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 beschrieben.
Während die Zufuhr des ersten Fadens zu dem Bearbeitungsort 111 und die Zufuhr des zweiten Fadens zu dem Bearbeitungsort 111 gewechselt wird, werden als Nächstes die hakenförmigen ersten Strukturteile 251 und die hakenförmigen zweiten Strukturteile 252 auf der ersten Metallschicht 230 gebildet, wodurch die Zwischenschicht 250 gebildet wird. Mit anderen Worten stoppt die Steuereinheit 51 den Bearbeitungsort durch keine axiale Bewegung des Bearbeitungskopfes 21 und bewirkt zwischenzeitlich die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L und das Vorschieben des ersten oder zweiten Fadens, um zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 die Anordnung der Einheitsstrukturen 253 bereitzustellen, welche die Translationssymmetrie in der Ebene aufweist, die zu der Stapelrichtung der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 senkrecht ist, und welche die ersten Strukturteile 251 und die zweiten Strukturteile 252 umfasst, welche in der Einheitsstruktur 253 ineinandergreifen.Next, while the supply of the first thread to the
Wie in
Wenn das zweite Punktkorn 241 auf dem ersten Punktkorn 231 gebildet ist, bildet sich die intermetallische Verbindungsschicht 255 an der Verbindungsfläche I zwischen dem ersten Punktkorn 231 und dem zweiten Punktkorn 241. Wenn das erste Punktkorn 231 auf dem zweiten Punktkorn 241 gebildet wird, bildet sich die intermetallische Verbindungsschicht 255 an der Verbindungsfläche I zwischen dem ersten Punktkorn 231 und dem zweiten Punktkorn 241.When the
Wie in
Nun wird ein Unterschied zu einem Stand der Technik beschrieben, welcher einen Mischkristall an einer Grenzfläche zwischen einem ersten Punktkorn 231 und einem zweiten Punktkorn 241 bildet.
In dem Mischkristall weisen die ursprünglichen Metalle eine kontinuierliche Zusammensetzungsänderung auf. Wie in
Mit den ursprünglichen Metallen, welche die kontinuierliche Zusammensetzungsänderung aufweisen, weist der Mischkristall üblicherweise Eigenschaften auf, die denen der ursprünglichen Metalle ähnlich sind. Aus diesem Grund bindet die Mischkristallschicht 290, welche aus dem Mischkristall gebildet ist, das erste Punktkorn 231 und das zweite Punktkorn 241 aneinander. Wenn das erste metallische Material und das zweite metallische Material unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, verursacht eine thermische Spannung, die aus einem Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten resultiert, daher eine Trennung an der Mischkristallschicht 290. Wo die Trennung vorliegt, sind das erste Punktkorn 231 und das zweite Punktkorn 241 nicht mehr aneinander gebunden, was zur Trennung zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 führt.With the original metals exhibiting the continuous compositional change, the mixed crystal usually has properties similar to those of the original metals. For this reason, the
Viele Mischkristalle aus ersten und zweiten Metallen sind elektrisch leitend. Wenn die erste Metallschicht 230 und die zweite Metallschicht 240 durch die Mischkristallschicht 290 in Kontakt sind, verursacht daher eine Potenzialdifferenz über die Verbindungsfläche I, dass ein elektrischer Strom fließt, und Korrosion tritt wahrscheinlich auf.Many mixed crystals of first and second metals are electrically conductive. Therefore, when the
Das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die Zwischenschicht 250 zwischen der ersten Metallschicht 230, welche aus dem ersten metallischen Material gebildet ist, und der zweiten Metallschicht 240, welche aus dem zweiten metallischen Material gebildet ist. Die Zwischenschicht 250 umfasst das erste Strukturteil 251, das eine hakenförmige Struktur ist, die aus den ersten Punktkörnern 231 besteht, die von der ersten Metallschicht 230 zu der zweiten Metallschicht 240 vorstehen, und das zweite Strukturteil 252, das die hakenförmige Struktur ist, die aus den zweiten Punktkörnern 241 besteht, die von der zweiten Metallschicht 240 zu der ersten Metallschicht 230 vorstehen. Das erste Strukturteil 251 und das zweite Strukturteil 252 greifen in der Einheitsstruktur 253 ineinander. Die Anordnung der Einheitsstrukturen 253, die in der Zwischenschicht 250 angeordnet sind, weist die Translationssymmetrie in der Ebene auf, die zu der Stapelrichtung der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 senkrecht ist. Daher bewirkt das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 gegenüber einem herkömmlichen, dass es bezüglich der Kombination des ersten metallischen Materials und des zweiten metallischen Materials nicht begrenzt ist, und gewährleistet eine gleichmäßige Bindungsstärke an der Verbindungsfläche I zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240. Weiter wird das Ineinandergreifen zwischen dem ersten Strukturteil 251 und dem zweiten Strukturteil 252 in der Einheitsstruktur 253 durch die physikalische Anordnung der ersten und zweiten Punktkörner 231 und 241 bewirkt und ist Millimeter groß. Daher beschränkt die Einheitsstruktur 253, welche das Ineinandergreifen aufweist, die Form und die Größe des finalen Produkts nicht, was das Bilden des durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 in beliebiger Form und Größe ermöglicht.The
Die intermetallische Verbindungsschicht 255 bindet die ersten und zweiten Punktkörner 231 und 241 nicht aneinander. Selbst wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten und zweiten metallischen Materials verschieden sind und thermische Spannung an der Verbindungsfläche I zwischen den ersten und zweiten Punktkörnern 231 und 241 verursachen, funktioniert die intermetallische Verbindungsschicht 255 als das Dämpfungselement für die thermische Spannung. Wenn die intermetallische Verbindungschicht 255 nicht elektrisch leitend ist, fließt außerdem kein elektrischer Strom durch die Verbindungsfläche I zwischen den ersten und zweiten Metallschichten 230 und 240, selbst wenn die Potenzialdifferenz aufgrund des Kontakts zwischen den ersten und zweiten Punktkörnern 231 und 241 vorliegt, wodurch eine voranschreitende Korrosion eingedämmt wird.The
Zweite Ausführungsform.Second embodiment.
In
Es sei vorliegend angenommen, dass das erste metallische Material eine Zugfestigkeit hat, die doppelt so groß ist wie die des zweiten metallischen Materials.
Es ist zu beachten, dass dieser Fall ein Beispiel ist. Das Verhältnis der Anzahl der ersten Punktkörner 231 des ersten Strukturteils 251 zu der Anzahl der zweiten Punktkörner 241 des zweiten Strukturteils 252 kann gemäß dem Stärkenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten metallischen Material variiert werden.Note that this case is an example. The ratio of the number of
In der zweiten Ausführungsform variiert das Verhältnis der Anzahl von ersten Punktkörnern 231 des ersten Strukturteils 251 zu der Anzahl von zweiten Punktkörnern 241 des zweiten Strukturteils 252 gemäß dem Stärkenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten metallischen Material. Dies ermöglicht, dass eine Stärke der Verbindungsfläche I zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 konstant bleibt, selbst wenn Punktkörner unterschiedlicher Stärken gemischt sind.In the second embodiment, the ratio of the number of
Dritte Ausführungsform.Third embodiment.
In dem Fall, der in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, wird das Verhältnis zwischen der Anzahl von Punktkörnern in der Einheitsstruktur 253 angepasst, um den Stärkenunterschied zwischen den metallischen Materialien zu lösen, wenn die metallischen Materialien unterschiedliche Stärkenunterschiede hinsichtlich der Zugfestigkeit entlang der einen Achse haben. In einer dritten Ausführungsform wird eine Konfiguration eines durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 beschrieben, welches eine Bindungsstärke an einer Grenzfläche zwischen der ersten Metallschicht 230 und der zweiten Metallschicht 240 auch in Fällen erhalten kann, in denen Stärken in anderen Richtungen als entlang der einen Achse wirken.In the case described in the second embodiment, when the metallic materials have different strength differences in tensile strength along the one axis, the ratio between the number of point grains in the
Wie in
Das Anordnen der Punktkörner in den kubisch flächenzentrierten Gittern in dem durch additive Fertigung hergestellten Objekt 220 erhöht das Punktkorn-Packverhältnis. Auf diese Weise kann die Bindungsstärke neben Zug auch gegenüber Lasten entlang mehrerer Achsen oder in bestimmten Richtungen verbessert werden, wie durch mehrere Pfeile in
Statt in kubisch flächenzentrierten Gittern angeordnet zu sein, können die Punktkörner auch in einer eng gepackten hexagonalen Gitterstruktur, einer kubisch raumzentrierten Gitterstruktur oder einer anderen Struktur angeordnet sein. Das Verschieben der anzuordnenden Punktkörner ermöglicht daher, die Stärke in beliebiger Richtung zu ändern. Mit anderen Worten ist das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220 erhaltbar, welches die auf der Gitterstruktur basierende Stärke hat.Instead of being arranged in face-centered cubic lattices, the point grains may be arranged in a close-packed hexagonal lattice structure, a body-centered cubic lattice structure, or some other structure. Therefore, shifting the point grains to be arranged makes it possible to change the strength in any direction. In other words, the additive manufactured
Im Allgemeinen tritt eine Ablösung wahrscheinlich entlang einer eng gepackten Ebene auf, sodass die Stärke an der eng gepackten Ebene abnimmt. Wenn, gemäß einem Beispiel, die Zwischenschicht 250, welche die Einheitsstruktur 253 umfasst, in welcher das hakenförmige erste Strukturteil 251 und das hakenförmige zweite Strukturteil 252 ineinandergreifen, in eine Richtung bereitgestellt ist, die die eng gepackte Ebene schneidet, wird an der Ablösungsebene eine erhöhte Stärke bewirkt.In general, detachment is likely to occur along a close-packed plane, so the strength at the close-packed plane decreases. If, according to an example, the
In dem Fall des durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 gemäß der dritten Ausführungsform ist das Punktkorn relativ zu der Position des Punktkorns in der darunterliegenden Punktkornschicht bei Platzierung in der Z-Achse-Richtung versetzt. Beispielsweise sind die Punktkörner in kubisch flächenzentrierten Gittern, in kubisch raumzentrierten Gittern oder eng gepackten hexagonalen Gittern angeordnet. Daher bewirkt das durch additive Fertigung hergestellte Objekt 220, dass es eine verbesserte Stärke gegenüber einer Last in einer Richtung hat, welche der Gitterstruktur zuzuschreiben ist. Mit anderen Worten ist eine anisotrope Anpassung möglich, welche die Stärke in der bestimmten Richtung bereitstellt. Weiter kann das Ineinandergreifen zwischen dem hakenförmigen ersten Strukturteil 251 und dem hakenförmigen zweiten Strukturteil 252 durch die Weise, gemäß welcher die Punktkörner angeordnet werden, frei geändert werden, was es ermöglicht, die Bindungsstärke bereitzustellen, die für die bestimmte Richtung spezifisch ist.In the case of the additive manufactured
Vierte Ausführungsform.Fourth embodiment.
In der ersten bis dritten Ausführungsform besteht die erste Metallschicht 230 aus den ersten Punktkörnern 231. Die erste Metallschicht 230 muss jedoch nicht aus den ersten Punktkörnern 231 bestehen. In einer vierten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in welchem die erste Metallschicht 230 ein plattenförmiges Element ist.In the first to third embodiments, the
Die erste Metallschicht 230A ist ein Element 233 einer beliebigen Form. Das Element 233 umfasst auf seiner Zielhinzufügungsfläche 110, wo die zweite Metallschicht 240 gebildet wird, eine Anordnung von Nuten 234, welche eine Translationssymmetrie aufweist. Die Nuten 234 können Nuten 234 sein, welche sich entlang einer Y-Achse erstrecken, oder können Nuten 234 von vorbestimmten Längen sein, welche in vorbestimmten Abständen entlang der Y-Achse angeordnet sind. Die Nuten 234 sind auch in vorbestimmten Abständen entlang einer X-Achse angeordnet. Ein Querschnitt jeder der Nuten 234, der zu der Y-Achse senkrecht ist, welche eine Erstreckungsrichtung der Nut 234 bezeichnet, hat eine Form, welche sich von einem Boden zu einer Öffnung hin verjüngt. Ein Teil zwischen den in der X-Achse benachbarten Nuten 234 wird als ein trapezoidaler Teil 235 bezeichnet. In einem Beispiel hat eine obere Fläche des trapezoidalen Teils 235 eine X-Achse-Länge, die einer Größe von einem Punktkorn äquivalent ist. Da dies beispielhaft ist, kann die X-Achse-Länge der oberen Fläche des trapezoidalen Teils 235 eine beliebige Länge haben, solange gewünschte Zugfestigkeiten durch einen Teil zwischen der ersten Metallschicht 230A und der zweiten Metallschicht 240 erhalten werden können.The
Körner 257, welche aus dem zweiten metallischen Material gebildet sind, sind in die Nuten 234 eingebettet. Mit anderen Worten greifen die Körner 257 in die Nuten 234. In der vierten Ausführungsform entspricht daher das erste Strukturteil 251 der Nut 234, und das zweite Strukturteil 252 entspricht dem Korn 257. Das in die Nut 234 eingebettete Korn 257 kann ein Linienkorn sein oder Punktkörner umfassen.
Zweite Punktkörner 241 sind auf der ersten Metallschicht 230A angeordnet, wobei die Körner 257 in die Nuten 234 eingebettet sind. Diese zweiten Punktkörner 241 werden beim Anordnen an das Korn 257 in der Nut 234 gebunden. Andere zweite Punktkörner 241 werden an dem trapezoidalen Teil 235 angeordnet.
Das Binden des Korns 257, welches in der sich verjüngenden Nut 234 eingebettet ist, und der zweiten Punktkörner 241 verhindert, dass das Korn 257, welches in die Nut 234 eingreift, einfach aus der Nut 234 kommt, wenn eine Zugspannung entlang einer Z-Achse wirkt, was eine feste Bindung zwischen der ersten Metallschicht 230A und der zweiten Metallschicht 240 ermöglicht.The bonding of the
In diesem Fall bilden der Abschnitt, welcher die Nut 234 umfasst, das Korn 257, welches in der Nut 234 eingebettet ist, und der trapezoidale Teil 235 die Einheitsstruktur 253. Ein Teil, wo eine Anordnung der Einheitsstrukturen 235 eine Translationssymmetrie aufweist, ist die Zwischenschicht 250A. In Fällen, in denen das Linienkorn 257 in der Nut 234 eingebettet ist, ist eine Kombination aus der Nut 234, welche sich entlang der Y-Achse erstreckt, dem Korn 257, welches in die Nut 234 eingebettet ist, und dem trapezoidalen Teil 235 die Einheitsstruktur 253, sodass die Zwischenschicht 250 so aufgefasst werden kann, dass sie eine X-Achse-Anordnung der Einheitsstrukturen 253 hat, die eine Translationssymmetrie aufweist. Die intermetallische Verbindungsschicht 255 wird an einer Grenzfläche zwischen der ersten Metallschicht 230A und dem Korn 257, wie auch an einer Grenzfläche zwischen der ersten Metallschicht 230A und dem zweiten Punktkorn 241 gebildet, wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.In this case, the portion including the
Als Nächstes wird ein Verfahren des Fertigens eines solchen durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 beschrieben.
Wie in
Wie in
Wie in
Durch wiederholtes Ausführen der Prozesse der
In der vierten Ausführungsform ist die erste Metallschicht 230A das Element 233 beliebiger Form, welches nicht durch die ersten Punktkörner 231 gebildet ist. Die Nuten 234, welche jeweils den Querschnitt einer sich verjüngenden Form haben, werden in dieser ersten Metallschicht 230A gebildet, und die Körner 257, welche aus dem zweiten metallischen Material gebildet sind, werden in die Nuten 234 eingebettet. Auf diese Weise wird die Zwischenschicht 250A gebildet. Als Nächstes werden der Prozess des Bildens einer Reihe zweiter Punktkörner 241 auf und entlang des eingebetteten Korns 257 und der Prozess des Bildens einer Reihe zweiter Punktkörner 241 auf dem trapezoidalen Teil 235 in Kontakt mit der zuvor gebildeten Reihe zweiter Punktkörner 241 wiederholt, um die erste Schicht aus Punktkörnern auf der ersten Metallschicht 230A zu bilden. Dies wird wiederholt, um die zweite Metallschicht 240 zu bilden, welche aus mehreren Schichten der zweiten Punktkörner 241 besteht. Weil diese resultierende Konfiguration die Körner 257 aufweist, die in die sich verjüngenden Nuten 234 eingreifen, sind dieselben Wirkungen wie die der ersten Ausführungsform erreichbar.In the fourth embodiment, the
Es erfordert Zeit, wenn die erste Metallschicht 230A aus den ersten Punktkörnern 231 gebildet wird, weil die ersten Punktkörner 231 dreidimensional angeordnet werden. In der vierten Ausführungsform wird jedoch das Element 233 beliebiger Form für die erste Metallschicht 230A verwendet, was bewirkt, dass für den Prozess des Vorbereitens der ersten Metallschicht 230A im Vergleich zu dem Fall, in welchem die ersten Punktkörner 231 für die Anordnung einzeln gebildet werden, eine kurze Zeitdauer benötigt wird. Die Zwischenschicht 250A wird gebildet durch Bilden der Nuten 234 in dem Element 233 durch ein Verfahren, wie beispielsweise Senkerodieren und Einbetten der Körner 257 in die Nuten 234. Auch dies ermöglicht, dass für den Prozess des Bildens der Zwischenschicht 250A im Vergleich zu dem Fall, in welchem die ersten Punktkörner 231 und die zweiten Punktkörner 241 angeordnet werden, eine kurze Zeit benötigt wird. Daher kann die Herstellung des durch additive Fertigung hergestellten Objekts 220 in kürzerer Zeit erreicht werden.It takes time when the
Die obigen Konfigurationen, die in den Ausführungsformen gezeigt sind, sind beispielhaft, können mit anderen bekannten Techniken, die öffentlich bekannt sind, kombiniert werden und können teilweise weggelassen oder geändert werden, ohne das Konzept zu verlassen. Die Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.The above configurations shown in the embodiments are exemplary, can be used with other known techniques that are publicly available are known can be combined and partially omitted or changed without departing from the concept. The embodiments can be combined with one another.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtung zur additiven Fertigung;additive manufacturing device;
- 1111
- Objekttisch;object table;
- 1212
- Basiselement;base element;
- 1313
- Rotationseinrichtung;rotation device;
- 2121
- Bearbeitungskopf;processing head;
- 2222
- Kopfaktuator;head actuator;
- 2323
- Strahlausgabe;jet output;
- 2424
- Laseroszillator;laser oscillator;
- 2525
- Faserkabel;fiber tow;
- 3131
- Fadenausgabe;thread output;
- 3232
- Fadenzuführungseinheit;thread feeding unit;
- 3333
- Fadenrolle;thread spool;
- 3434
- Rotationsmotor;rotary engine;
- 4141
- Gasausgabe;gas output;
- 4242
- Gaszuführungseinheit;gas supply unit;
- 4343
- Rohr;Pipe;
- 5151
- Steuereinheit;control unit;
- 100100
- Werkstück;Workpiece;
- 110110
- Zielhinzufügungsfläche;target addition area;
- 111111
- Bearbeitungsort;place of processing;
- 201201
- Linienkorn;line grain;
- 211211
- Punktkorn;point grain;
- 220,220,
- 220A durch additive Fertigung hergestelltes Objekt;220A object manufactured by additive manufacturing;
- 230,230,
- 230A erste Metallschicht;230A first metal layer;
- 231231
- erstes Punktkorn;first point grain;
- 233233
- Element;Element;
- 234234
- Nut;groove;
- 235235
- trapezoidaler Teil;trapezoidal part;
- 240240
- zweite Metallschicht;second metal layer;
- 241241
- zweites Punktkorn;second point grain;
- 250, 250A250, 250A
- Zwischenschicht;interlayer;
- 251251
- erster Strukturteil;first structural part;
- 252252
- zweiter Strukturteil;second structural part;
- 253253
- Einheitsstruktur;unit structure;
- 255255
- intermetallische Verbindungschicht;intermetallic compound layer;
- 257257
- Korn;Grain;
- 290290
- Mischkristallschicht;mixed crystal layer;
- GG
- Schutzgas;protective gas;
- II
- Verbindungsfläche;interface;
- LL
- Laserstrahl;Laser beam;
- WW
- Faden.Thread.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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-
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